5G基建/物聯網雲端應用加持　城市/車站智慧化發展更上層樓

1950年代之後鄉村人口持續往城市移動，城市人口持續增加，管理城市所需要面對的挑戰也越來越多，人口過度集中會造成許多問題，交通運輸系統無法負荷、垃圾處理與能源傳輸問題，過去科技高速發展得以支持大城市的需求，但未來都市人口仍呈現增加趨勢，需要新興科技和新創產業的支持，各國政府與民間機構合作，以優惠政策和貸款鼓勵大家協助解決可預見的挑戰。

根據聯合國統計，若都市人口持續成長，預估至2050年全球將有超過70%以上人口居住於僅占世界陸地面積2%的城市，人口高度集中化將帶來都市發展隱憂，如資源分配不均、能源耗竭、環境污染和交通壅塞等問題。統計數據表示，城市對鄉村有磁吸效應，帶來相應的環境及管理問題，「城市管理」成為各國最重要的發展課題。

各國智慧城市投入不遺餘力

全球政府針對智慧城市發展的投入增加許多，投入預算逐步提高，估計2022年之後的計畫支出，將超過四年前計畫的兩倍以上。根據市調機構IDC發布的「全球半年度智慧城市支出指南」(Worldwide Semiannual Smart Cities Spending Guide)報告，至2022年智慧城市計畫的支出將上看至1,580億美元，比2018年成長93.1%，範圍將包含城市應用、視覺監控、先進交通、照明和交通管理等，占全球總支出的34%。

基礎建設完備才能推動後續各式應用和服務的發展，通訊科技更新無疑是最重要的智慧城市建設之一，在各個新興通訊科技中，5G通訊技術將是發展重點。行動通訊技術從手機網路開始發展，目前汽車聯網系統市場滲透率逐漸提升，車聯網系統可以提供進階娛樂並且強化行車體驗。5G通訊技術有低延遲、高頻寬等特性，在政府、電信商和車廠的支持下，5G未來是智慧城市的關鍵角色，並帶動智慧車輛的發展和車用軟硬體和服務商機。

車聯網成長幅度最大　5G IoT裝置倍增

未來支援5G的物聯網裝置逐漸增加，將在三年內增加十倍以上，其中增加幅度最大的是汽車嵌入式聯網系統，終端安裝量將增加超過40倍，5G車聯網系統未來將占據市場最大比重。Gartner於2019年10月發布5G IoT終端基本安裝量之市場預測(如圖1)，預計5G IoT終端將從2020年的350萬台增加至2023年約4,900萬台。最大市場將由戶外監視器轉移至汽車產業相關裝置，2023年嵌入式聯網汽車模組、車隊資通訊裝置、車載收費裝置等將占整體市場達53%，數量達約2,590萬台。

5G NR車用V2X通訊標準階段性完成，滿足車用聯網需求，因疫情影響而延緩推出時程的下一版本，將拓展並優化5G的物聯網支援性。下一版本的R17標準化工作，除了加強現有架構跟功能，預計加入NR-Light，使5G系統提高更好的效率和性能，利用較小頻寬(10~20MHz)並下載100Mbps和上傳50Mbps，滿足穿戴式裝置和工業物聯網等使用情境。但因受COVID-19疫情影響，可能延至2022年完成(圖2)。

各國針對智慧車輛5G通訊系統已做了不少實驗，以自駕車輛自動運輸行駛為目標，歐洲在2017年提出5G走廊(5G Corridors)計畫(圖3)，由歐盟會員國與經濟區等29國參與，目的是強化高速公路自動駕駛跨境測試合作，也展現了歐盟投入5G基礎設施發展和實現聯網自動駕駛的決心。2020年6月，歐盟5G公司聯盟協會(European 5G Public-Private Partnership, 5G-PPP)宣布將於9月份啟動11個新專案，並透過3個新的跨境計畫進行5G生態系之連結與自動化行動(Connected and Automated Mobility, CAM)驗證。

聯網自駕的網路穩定、安全性相當重要，目前德國在5G場域測試實驗成功，在時速超過400公里的相對速度下，可以100%接收來車訊息，確保車聯網路的穩定性。獲德國聯邦交通與數位基礎設施部(BMVI)投資的ConVeX(Connected Vehicle of Tomorrow)聯盟，於2016年成立並展開基於3GPP R14的C-V2X功能與可行性驗證；2020年7月宣布測試完成，包含5.9GHz頻段下的V2V、V2I直接通訊測試，以及V2N廣域通訊測試。ConVeX在德國A6及A9兩條高速公路上，以時速約430公里之相對速度逆向行駛，在彼此距離1英里下，可100%準確接收到來車發送的安全訊號。

加速智慧交通發展　台灣產官學推5G自駕車

為在科技發展上掌握先機，台灣正積極發展5G自駕車和智慧交通系統，並在淡水建構測試場域。台灣的5G服務在2020年中開台，正式進入商轉，車聯網的部分，交通部將於2021年啟動新「智慧運輸系統發展建設計畫」。其中「5G智慧交通實驗場域政策」為計畫重點之一，交通部顧問室推動「淡海新市鎮智慧交通場域試驗研究計畫」投入兩年七千萬成立「5G智慧交通實驗場域專案辦公室」，建設交通基礎設施，如智慧燈號控制、路側感測裝置、交通資訊收集運算系統，整合自駕車和車聯網，開放式的運輸環境(圖4)。

至2020年七月已有38個國家進入5G商轉，台灣雖然起步略晚，但各大電信商已切入不同應用，以不同標的推動交通革新。中華電信以智慧型大眾運輸為重點，整合路邊的號誌、影像、感測等資訊，提供預警功能。台灣大哥大則投入工業和商用車輛，與貨運業者合作，透過車聯網和自駕車結合，將用於物料運送、港口接駁等情境。

中華電信在7月底參加由台灣資通產業標準協會(TAICS)與5G產業創新發展聯盟所舉辦的「2020 TAICS標準論壇－5G與車聯網標準化與應用」，以「5G車聯網的服務發展」為主題分享中華電信在車聯網與智慧型自駕車的創新應用。該公司採用C-V2X通訊方式，整合路側、交通號誌、影像感測資訊，通過5G網路低延遲特性，即時警示路人，並即時回傳路況資訊，提升自駕車行車安全。

全台首個5G車聯網測試場域將設立於桃園虎頭山創新園區，園區將提供全區5G專網，協助國內車聯網產業和5G創新產業，如使用AR/VR在真實環境進行產品測試和驗證。車聯網園區整合5G C-V2X蜂巢式車間通訊，提供自駕車和5G應用實證場域。中華電信負責部署5G NR基地台，連接至Edge Cloud，將發揮5G的低延遲、高速率的特性。園區中也提供5G雲端遊戲、5G多視角觀賽、5G VR裝置觀賞太陽馬戲團等創新應用展示。

台灣大哥大在不同的車用市場布局，結合電動機車、電動汽車、自駕車、商用車領域合作夥伴。電動機車市場是台灣領先世界的科技領域，台灣已經建設密度相當高的電池交換站，日前台哥大與宏佳騰合作，在電動機車方面，推出智慧電動聯網車應用，提供不同的體驗。在自駕車方面則與台塑汽車貨運合作，推動商業和工業自駕貨運車的發展，提供物料運送、港口接駁等服務，另外也提供巴士、卡車等車隊管理解決方案。

基礎5G建設為基礎，連結車內、車間和車載行動網路，在車、路、行人之間進行資訊交換，提供導航、車輛診斷、智慧駕駛、物流運輸和個人資訊綜合服務。透過遍布城市的感測器和各個5G物聯網、車聯網裝置，可以有效率地掌握城市的即時動態，做出處置判斷，在路側、行人、車輛上的即時資訊，將可以提供預警系統，降低交通事故發生機率，並提供更好的城市體驗經驗。

帶動產業轉型　VR/AR/MR走入城市

因疫情關係發展出低社交互動方式，降低人群的活動意願，旅遊業的營收由於國際旅客和國內旅客減少而表現不佳。對此可藉由科技提供觀光產業智慧轉型，城市規畫可趁現在國際旅遊人口不多進行產業轉型，提供VR/AR/MR等數位觀光內容，將這樣的創新景點也搬來台灣，提高觀光產業的競爭力。

一直以來旅遊景點衍生的觀光財是台灣的重要產業之一，也是這次因為疫情關係受困最深最嚴重的產業。在這次危機的情境下，誕生「零距離經濟」(提供遠端沈浸式體驗服務)的需求，透過雲和端的科技整合，運用全景技術或直播平台將景點和旅遊歷程遠距呈現的「空間創新」，或是透過電子商務工具和平台推廣地方特色和產品，將客戶從旅客擴大到一般市場的「市場創新」，有機會開拓財源。

城市中的車站是重要景點，很多旅客會選擇車站作為城市觀光的第一站。智慧車站優化車站的運作效率、管理能力和服務，提升乘車品質與移動性，如何以物聯網科技改善乘車環境、利用各種新興科技和資通訊技術，整合車站基礎設施、系統與服務，透過數據和各式應用，增加車站運用效率與經濟效益，是城市智慧化的重點之一。

台灣的公共運輸量逐漸提升，透過新興科技讓環境、能源、公用設施和交通運輸方便解決城市管理問題也越發重要(圖5)。例如台北車站，除了台鐵之外，捷運和高鐵通車後，車站共構系統建置完成，方便性和經濟價值提升，帶動台北火車站運輸量成長，地下動線因地下街和捷運路線變多而越顯雜亂(圖6)。

現今運輸量增加，車站內動線也隨著商場和多鐵共構越趨複雜，營運管理、交通安全管理和商場管理等挑戰也接踵而來。過去使用簡易檢票口的傳統已不敷使用，舊設施逐步更新，時刻表電子化、自動售票機、自動剪票口和線上售票功能，提供民眾「行」方面的方便性，從智慧型手機普及以來，車站系統一步步升級中。

目前國際間對「智慧車站」無清楚定義，但是國際鐵路聯盟(InternationalUnion of Railways, UIC)認為智慧城市的概念應該也適用於智慧車站。UIC認為，智慧車站是由智慧管理(Smart Management)、智慧基礎設施(Smart Infrastructure)與智慧移動(Smart Mobility)所組成，此三概念為車站的運作核心。

・智慧管理

使用資通訊技術處理或控制人/事/物的過程，例如行控中心。

・智慧基礎設施

透過資通訊技術建構或改善基礎設施與整體功能設計，用以增加基礎設施之價值和降低鐵路潛在的負面影響，例如以太陽能板與玻璃帷幕為主體的綠能車站，讓車站能源自給自足的同時也提高車站內的明亮度，智慧裝置與Kiosk的應用使資訊一目瞭然等。

・智慧移動

藉由資通訊技術，促進或加強個人和訊息在時間與空間(站內/站外)上的移動性，例如訊息的即時程度與個人在空間移動的暢通程度等。

降低犯罪/確保行車安全智慧城市/車站相輔相成

智慧車站將與智慧城市結合(圖7)，將提供各個不同領域的好處。舉例來說，瑞典斯德哥爾摩中央車站改建為智慧車站，加入智慧管理系統，在火車站、地鐵站、公車站和輕軌安裝超過22,000台的監控器，提供24小時監控，經由AI圖像優化演算法運算，辨識可疑物品和人物，2016年以來降低犯罪率25%、竊盜案60%，有效確保行車安全。

斯德哥爾摩中央車站在智慧基礎設施方面，瑞典運輸管理局在軌道上安裝了感測器，搜集線膨脹係數、腐蝕程度、有無異物等相關資訊，將數據回傳至管理平台，判斷是否需要檢修或是立即維修，以確保基礎設施的完善與列車行車安全。

智慧移動方面，藉由App可以在線上管理票務，包含訂票、退票、預定靜音包廂等。另外車站主動以藍牙通訊提供列車乘車地點與搭乘時間提醒。並藉SJ AB與Google合作開發的語音助理協助解答乘客搭乘火車時遇到的問題(圖8)。

除了正式使用的SJ AB應用，另外開發測試性質的SJ Labs App，此款應用可以提供預約和各陸上交通設施的訂票服務，並在測試完成後將於Swedish Railways App中上線，其中包含了AR導引系統，閒置座位查詢等。過去只能使用GPS或iBeacon系統在車站內定位，AR導引系統提供室內移動更直覺的方式，增進旅客的旅遊體驗。

中國大陸幅員廣闊，火車是主要移動方式之一，由於乘客流量集中於春節、十一連假等假期，車站管理方面有一定的挑戰性。中國在車站內外設置了電眼監控，確保乘客安全，並以紅外線掃描與射頻辨識技術(RFID)驗證乘車票券與個人身分證，只有當人、票、證一致時閘門才會開啟，大幅降低驗票時間和車站驗票人力成本。

中國為解決站內路線複雜、旅客服務和資訊等問題，針對鐵路運輸系統開發的旅客綜合服務平台—暢行九州App，從站內導航(藍牙通訊iBeacon系統)，和乘車時間提醒，甚至旅遊規畫與諮詢，幾乎都可以在暢行九州上完成，被譽為中國搭乘火車最智慧的App(圖9)。

AR/VR系統除導航應用外，可以帶來新型態的商業模式。國家地理雜誌與NS合作，在鹿特丹中央車站的大廳上設置以動物、環境與科學為主的AR展覽。除娛樂和旅遊應用，開始有電視影音與電子看板廣告結合互動式體驗，讓廣告曝光度提升，車站也能獲取更多收益。AR/VR系統也能運用於維修工作上，提升工作人員檢修效率。波音公司則運用AR的沈浸式體驗輔助飛機機翼組裝員，受過專業訓練的組裝員藉由AR輔助可以節省35%的工作時間、未受過專業訓練的組裝員透過AR輔助期能順利完成組裝的比例增加90%。

物聯網應用方面，車站營運方可以透過感測器收集各式數據，再透過資料分析創造屬於自己的Know How，擴大車站收益，未來智慧車站的架構龐大，已經無法由單一廠商提供所有服務，無論是人臉辨識、自動駕駛、圖像識別、語音分析、聊天機器人等服務和應用，藉AR/VR和無人裝置讓車站管理和移動智慧化，可以創建新的商業模式(圖10)。

智慧城市、車聯網與智慧車站系統結合，稍微可以窺見未來智慧生活的樣貌，要將下一代新科技注入城市，整體規畫和發展相當龐大，5G通訊系統的建設需要政府和電信營運商的合作，車聯網需要車廠、電信商、5G裝置基礎建設，智慧車站需要跟現有車站管理系統、城市運輸系統配合，提供更加優質的體驗，在都市人口越來越多的現在，藉由科技解決環境及管理問題，「城市管理」已成為各國最重要的發展課題。

(本文由台灣資通產業標準協會提供，作者皆任職於大同公司智慧能源事業部)